DE2218099C3 - Schaltungsanordnung zur Aufzeichnung and Wiedergabe von Breitbandsignalen, insbesondere von Videosignalen - Google Patents

Description

2" in seiner Frequenz vervielfacht wird.

daß das wiederzugebende Signal vor Demodulation 30 digkeit und die Kennwerte der Magnetköpfe so gewählt mittels einer Vervielfacherschaltung um den Faktor werden, daß der Übertragungsbereich des Magnetbandgerätes bis zu einer maximalen Frequenz mit ausreichendem Störabstand geht, die sich aus der maximalen Videofrequenz zuzüglich des Hubbereiches des 35 FM-Modulators für den Bildinhalt ergibt Außer einer sehr hohen Magnetband- und Magnetkopfqualität sind dafür noch relativ hohe Bandgeschwindigkeiten (ca. 8 bis 40 m/sec) notwendig.

Mit der US-PS 33 59 364 ist eine Schaltungsanord-

Die Erfindung betrifft eine Scnaltungsanordnung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Breitbandsignalen,

insbesondere von Videosignalen auf einem Magnetband 40 nung zur Frequenzmodulation einer sehr hohen Träger einer Magnetbandanlage mit mindestens einem Abtast- frequenz mit Breitbandsignalen bekannt, wobei eine

kopf, im wesentlichen bestehend aus einem FM-Modulator und einem Frequenzumsetzer zum Umsetzen des trägerfrequenten Breitbandsignals in ein niedrigeres Frequenzband vor Aufzeichnung.

Zur Speicherung von Breitbandsignalen, die beispielsweise Videosignale oder analoge Signale sein können, dienen Magnetschichten tragende Bänder, Platten oder Folien usw. sowie schallplattenähnliche, Mischschaltung zur Frequenzerniedrigung vor Aufzeichnung benutzt wird. Solche Mischschaitungen sind aufwendig und nachteilig, insbesondere in Verbindung mit Multivibratoren als Modulatoren, da Gleichstromsignalanteile auftreten, die ohne die Verwendung vorgeschalteter Symmetrieglieder aufgezeichnet werden.

Aus der Zeitschrift Journal of the SMPTE April 1957, Seiten 177 bis 184 ist es bekannt, für die Aufzeichnung

rillentragende Folien oder Platten, die relativ zu magne- 50 und Wiedergabe von Videosignalen FM-Modulation

tischen bzw. druckelektrischen Abtastorganen bewegt werden, wenn eine Aufzeichnung oder Wiedergabe der Signale gewünscht ist.

Bei den bekannten Speichersystemen wird das aufzuzeichnende Breitbandsignal, das im allgemeinen 55 legende technische Bedingungen, die bei der Aufzeich-Frequenzen im Megahertzbereich besitzt, mittels nung von Fernsehsignalen zu berücksichtigen sind, Frequenzmodulation aufgezeichnet, um Amplituden- dargelegt
Veränderungen des Signals, die durch mechanische oder
elektrische Unzulänglichkeiten in der Zuordnung von
Speichermittel und Abtastorgan verursacht werden, zu 60 und -Wiedergabe mittels einer sehr schmalbandigen verhindern. Ein Nachteil der Frequenzmodulation rührt Aufzeichnungs- und Wiedergabeanlage einsetzbar,
daher, daß das frequenzmodulierte Spektrum breiter ist Es ist Aufgabe der Erfindung, die bekannten Schalais das Spektrum des modulierten Breitbandsignals, so tungen zu verbessern und eine Schaltungsanordnung daß auch die Übertragungsbandbreite des Speicherge- zur Breitbandsignalaufzeichnung und -wiedergabe rätes entsprechend groß sein muß, damit alle Signalan- 6>s mittels einfachster Aufzeichnungs- und Wiedergabeteile nahezu unverändert wiedergegeben werden geräte, vorzugsweise für den Heimgebrauch bereitzukönnen. Die höchste bei der Wiedergabe aufgelöste stellen.
Frequenz und damit die Übertragungsbandbreite hängt Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine

und als FM-Modulator einen Multivibrator zu verwenden.

In der Zeitschrift »Rundfunktechnische Mitteilungen« 1960, Seiten 113 bis 129 und 222 bis 231 sind grund-

Die bekannten Schaltungsanordnungen sind nicht ohne weiteres für eine Breitbandsignal-Aufzeichnung

Schaltungsanordnung der eingangs beschriebenen Art gelöst mit den folgenden Merkmalen:

Als FM-Moduiator wird, wie an sich bekannt, ein Multivibrator verwendet und als Frec[uenzumsetzer wird zumindest ein Flip-Flop benutzt, wobei die Hilfsträgerfrequenz am Multivibrator um den Faktor 2" (bei /j> 1) größer als die aufzuzeichnende Trägerfrequenz eingestellt ist und der Teilungsfaktor des wenigstens einen Flip-Flop der zur Hilfsträgereinstellung benutzte Faktor 2^P ist

Mit der an sich bekannten Wahl des Hilfsträger in einem wesentlichen höheren Frequenzbereich als der des unmodulierten Sreitbandsignals wird erreicht, daß starke Spektrallinien im höchsten Frequenzbereich des Breitbandsignals, die beispielsweise in Videosignalen enthalten sind, den Modulationsprozeß nicht in der Weise beeinflussen können, daß der hier als Multivibrator ausgebildete Modulator nicht mehr moduliert, sondern auf die Frequenz einer der Speklrallinien synchronisiert. Eine solche Synchronisation ist bei Wiedergäbe als starkes Moiree auf dem Bildschirm sichtbar.

Es ergibt sich schaltungsgemäß durch die hohe Frequenzlage des Hilfsträger der wirtschaftliche Vorteil, daß zur Begrenzi-ng des noch nicht modulierten Breitbandsignals ein billiger Tiefpaß mit einer allmählieh abfallenden Begrenzungskennlinie verwandt werden kann. Dadurch können Einschwingvorgänge, die an einem Tiefpaß mit stark abfallender Kennlinie als Einschwingvorgänge im Bild als Hell-Dunkel-Überschwingeffekte an Schwarz-Weiß-Kanten sichtbar werden, sehr vermindert werden. Es ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß durch den Tiefpaß nicht vollbegrenzte höchste Frequenzanteile, wenn diese gerade noch nicht an der Nullachse des Frequenzbereiches gespiegelt werden, eine Erhöhung der Bildauflösung ermöglichen.

In einer zweckmäßigen, einfachen Schaltungsausbildung ist zur Aufzeichnung eines ßreitbandsignals in einem Frequenzbereich bis zu etwa 2,5 MHz am Multivibrator eine mittlere Hilfsträgerfrequenz von 5 MHz (Hubbereich von 4 bis 6MHz) eingestellt und ein einziger Flip-Flop zur Frequenzhalbierung vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Schaltungsanordnung kann das wiederzugebende Signal vor Demodulation mittels einer Vervielfacherschaltung um den Faktor 2" in seiner Frequenz vervielfacht werden. Dadurch wird, wie an sich aus den »Rundfunktechnischen Mitteilungen« 1960, S. 225 bekannt, eine beträchtliche Störsignalverminderung erreichen.

Gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen hat die beanspruchte Schaltungsanordnung folgende Vorteile:

Als Modulatoren sind Multivibratoren einfachster Bauart verwendbar. Durch Verwendung von wenigstens einas Flip-Flop als Frequenzteilerstufe ist ein zusatzlicher Filter zum Ausgleich von kleineren AM-Modulations-Störfrequenzen, die durch Unsymmetrien im Tastverhältnis der FM-Modulator-Schwingungen entstehen können, nicht mehr notwendig, da Fiip-Flops, die als logische Schaltkreise hr--<.visfiblich sind, ein festes Teilungsverhältnis besitzen. Ferner steht das FM-Signal am Ausgang des oder der Flip-Flops als Rechteckimpuls , an, was für die Aufzeichnung, insbesondere auf Magnetschichtträger, äußerst günstig ist, da die bei FM-Modulation wichtigen Nulldurchgänge besser aufgezeichnet werden können.

Wegen der Einfachheit und geringen Zahl der notwendigen Schallstufen im Aufnahmekanal ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für Aufzeichnungsund Wiedergabegeräte einfachster Bauart verwendbar, die vorzugsweise für den Heimgebraiich einsetzbar sind. Ein solches Gerät mit stehendem Kopf und relativ geringer Bandgeschwindigkeit ist in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben.

Durch Signalvervielfachung vor Demodulation z. B. durch Verwendung eines oder mehrerer Doppelweggleichrichter ist anschließend eine optimale Demodulation mit guter Trägerunterdrückung ohne beträchtlichen Schaltungsaufwand für die Störsignalunterdrückung möglich.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Anordnung sind in der folgenden Beschreibung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert

In der Zeichnung stellt dar:

F i g. 1 den Aufzeichnungskanal eines Videomagnetbandgerätes (schematisch),

Fig.2 den Wiedergabekanal eines Videomagnetbandgerätes (schematisch),

F i g. 3 eine Frequenzteilerstufe nach F i g. 1,

F i g. 4a bis d schemalische Signalformen an Schaltungspunkten gemäß F i g. 1 bis 3.

Ein Videosignal mit einer Auflösung von z. B. 2,5 MHz, wie etwa in F i g.4a gezeigt, wird durch einen Tiefpaß 1 mit einer Grenzfrequenz von z. B. 2,5 MHz auf Frequenzen unterhalb dieses Frequenzwertes begrenzt. In dem nachfolgenden FM-Modulator 2, der als (astabiler) Multivibrator ausgeführt ist wird ein Träger durch das Videosignal moduliert, wobei der Träger und Hubbereich des Modulator bei den angegebenen Frequenzwerten günstig in dem Bereich von z. B. 4 bis 6 MHz liegen.

Es ist auch denkbar, den Hubbereich in den Bereichen von z. B. 8 bis 12,16 bis 24 MHz oder anderen Bereichen mit dualem Verhältnis zum aufzuzeichnenden Hubbereich des Videosignals zu wählen. Das frequenzmodulierte Signal wird anschließend in einer Frequenzteilerstufe 3 wieder in seinen ursprünglichen Frequenzbereich transponiert Die Frequenzteilerstufe 3 besteht aus einem Flip-Flop, an dessen Ausgang ein in der Frequenz halbiertes Signal auftritt, das etwa Rechteckform (F i g. 4c) besitzt und somit zur Aufzeichnung sehr geeignet ist. Ein solcher Flip-Flop ist in Fig.3 schematisch dargestellt, deren Eingang mit 12 und deren Ausgang mit 13 bezeichnet ist Dieses Signal wird nunmehr auf einen Aufsprechverstärker gegeben, dem eine Frequenzgangkompensationsschaltung 5 mit Resonanzcharakter, symbolisiert durch eine Kapazität Ci und eine Induktivität Lu nachgeschaltet ist. Die Resonanzfrequenz wird — bei vorliegenden Frequenzwerten, eventuell unter Einbezug der Kopfinduktivität L im Bereich von 0,1 bis 0,2 MHz gewählt, so daß die untersten aufzuzeichnenden Spektrallinien des Seitenbands stark angehoben werden und somit der Störabstand des aufzuzeichnenden Signals verbessert wird. Der ausgangsseitige Innenwiderstand des Aufsprechverstärkers 4 soll klein im Vergleich zum Resonanzwiderstand der Anordnung sein.

Mittels des Aufsprechkopfs 6 wird das FM-modulierte Signal auf ein nicht dargestelltes Magnetband mit beispielsweise einer Magnelbandbreite von V2 Zoll aufgezeichnet. Das modulierte Signal wird bei den vorgegebenen Frequenzwerten (2,5 MHz Auflösung und 2 bis 3 MHz Hubbereich) bei einer Bandgeschwindigkeit von 3 m/sec und stehendem Aufsprechkopf im Frequenzbereich von etwa 0,1 bis 3 MHz aufgezeichnet.

Es können mit der beschriebenen Form der Modulation Videofrequenzen übertragen werden, deren höchste Spektralanteile den Frequenz-Hubbereich des aufzuzeichnenden Signals erreichen oder überdecken, die obere Frequenzgrenze des Videosignals ist bei dieser Modulationsmethode dadurch gegeben, daß Seitenbandlinien erster Ordnung des FM-Signals bei hohen Videofrequenzen an der Frequenz-O-Achse gespiegelt werden und Moiree erzeugen.

Unter Berücksichtigung dieses Effekts ergibt sich mit der vorgeschlagenen Methode eine maximal aufzuzeichnende Frequenz (z. B. 3 MHz), die sich näherungsweise berechnet aus maximaler Videofrequenz (Auflösung, z. B. 2,5 MHz) + 0,5 · Hubbereich zwischen Schwarz- und Weißpegel (z.B. 1 MHz)- Diese Formel erweist sich nach Praxisversuchen als gut brauchbar und gibt dem Fachmann eine Lehre zur Auslegung der zum Verfahren notwendigen Anordnung. Diese Formel besitzt allgemeine Gültigkeit und ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Es kann somit eine einwandfreie Aufzeichnung der höchsten aufzuzeichnenden Frequenz trotz minimaler Übertragungsbandbreite des Aufzeichnungsträgers sichergestellt werden.

Folgende Maßnahme ist wichtig, wenn die Aufzeichnung der modulierten Signale mit einer relativ geringen Bandgeschwindigkeit von beispielsweise 3 m/sec bei Aufzeichnung mit stehendem Aufsprechkopf 6 auf einem nicht dargestellten Magnetband erfolgt. Die Wellenlänge des Weißpegels des Videosignals bei dieser Aufzeichnung beträgt in diesem Fall etwa 1 μΐη. Für die Aufzeichnung dieser äußerst geringen Wellenlänge müssen Videoköpfe mit einer Spaltlänge verwendet werden, die kleiner als 1 μΐη ist. Der Pegelabfall des wiedergegebenen FM-Signals im Hubbereich von beispielsweise 2 bis 3 MHz zu kleineren Wellenlängen hin beträgt etwa 10 dB/MHz. Der Weißpegel, der z. B. bei 3 MHz liegt wird somit mit 10 dB geringerer Amplitude als der Pegel des Synchronisierungssignals, das beispielsweise bei 2 MHz liegt, wiedergegeben. Das führt zu verstärktem Rauschen des Bildinhaits und zu Störungen an den Schwarz-Weiß-Übergängen.

Durch eine dem Videokopf 7 nachgeschaltete Frequenzgangkompensationsschaltung 8 mit Resonanzcharakter im Wiedergabekanal werden vorstehend aufgeführte Nachteile verhindert. Der Resonanzkreis 8 besteht z. B. aus der Kopfinduktivität L und einer Reihenkapazität Ci, die vor dem Eingang des Vorverstärkers 9 eingeschaltet ist Diese Anordnung hat sich praktisch als weit wirksamer für die Vergrößerung des Signal-Rauschverhältnisses erwiesen, als eine in die Vorverstärkerslufe 9 einbezogene geeignete Resonanzstufe. Im vorliegenden Beispiel beträgt die Resonanzfrequenz etwa 3 MHz, entspricht also der höchsten aufgezeichneten Frequenz, so daß im Wiedergabevorverstärker 9 die höchsten Frequenzanteile stark angehoben werden. Gleichzeitig unterdrückt diese Schaltungsanordnung das niederfrequente, vom Magnetband herrührende Rauschen, das im Demodulationsprozeß das Signal-Rausch-Verhältnis des wiederzugebenden Videosignals verschlechtert. Der Resonanzkreis Ci, L) wirkt wie eine zusätzliche Deemphasis. Es können sowohl im Aufzeichnungs- als auch im Wiedergabekanal auch /?C-Schwingkreise zur Anwendung kommen, die vorzugsweise als integrierte Schaltkreise ausgeführt sind. Anschließend an den Wiedergabevorverstärker 9 ist eine an sich bekannte Begrenzerstufe 10 vorgesehen, die das begrenzte Signal einer Frequenzverdopplerstufe 11 zuleitet, die aus einer Differenzierstufe und einem Zweiweggleichrichter besteht. Die Stufen sind durch einen Übertrager voneinander getrennt der jedoch gegebenenfalls durch Halbleiterschaltungen ersetzt werden kann. Mit dieser Anordnung wird auf besonders einfache Weise eine Frequenzverdoppelung erreicht Dabei ist wichtig, daß eine weitgehend exakt symmetrische Gleichrichtung beider Halbwellen erreicht wird, damit der Träger einwandfrei unterdrückt wird. Nachdem das Signal über einen Tiefpaß 14 geleitet und dort durch Unterdrückung des Trägers der differenzierten und gleichgerichteten Impulse demoduliert wird, steht es am Ausgang in gegenüber dem Eingangssignal fast unveränderter Form (F i g. 4a) wieder zur Verfügung und es kann, z. B. mit einem Fernsehempfänger, wiedergegeben werden.

Die Auflösung des Videosignals beträgt bei Wiedergabe entsprechend dem Videosignal am Eingang des Aufzeichnungskanals im vorliegenden Beispiel 2,5 MHz, so daß in der Praxis eine gute Bildqualität ohne Störungen erreicht werden kann.

In Fig.4b ist das modulierte Videosignal schematisch dargestellt wie es als Testbild auf einem Oszillographen zu sehen ist. Der Hubbereich erstreckt sich von 4 bis 6 MHz, wobei der Synchronisierimpuls etwa bei 4 MHz, Weiß etwa bei 6 MHz und Schwarz etwa bei 4,6 MHz zu liegen kommt.

Abweichungen im Über-alles-Frequenzgang der Anordnung können durch bekannte Pre- oder Deemphasismaßnahmen im Zuge des aufzuzeichnenden oder wiedergegebenen unmodulierten Videosignals kompensiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Breitbandsignalen, insbesondere von Videosignalen auf einem Magnetband einer Magnetbandanlage mit mindestens einem Abtastkopf, im wesentiichen bestehend aus einem FM-Modulator und einem Frequenzumsetzer zum Umsetzen des trägerfrequenten Breitbandsignals in ein niedrigeres Frequenzband vor Aufzeichnung, dadurch gekennzeichnet, daß als FM-Modulator, wie an sich bekannt, ein Multivibrator verwendet wird und daß als Frequenzumsetzer zumindest ein Flip-Flop benutzt wird, wobei die Hilfsträgerfrequenz am Multivibrator um den Faktor 2" (bei n>lj größer als die aufzuzeichnende Trägerfrequenz eingestellt ist und der Teilungsfaktor des wenigstens einen Flip-Flop der zur Hilfsträgereinstellung benutzte Faktor 2" ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufzeichnung eines Breitbandsignals in einem Frequenzbereich bis etwa 2,5 MHz am Multivibrator eine mittlere Hilfsträgerfrequenz von 5 MHz (Hubbereich 4 bis 5 MHz) eingestellt ist und ein einziger Flip-Flop zur Frequenzhalbierung vorgesehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, direkt von der Relativgeschwindigkeit zwischen Aufzeichnungsträger und Abtastorgan ab. Jedoch wird eine möglichst geringe Relativgeschwindigkeit angestrebt, um die größtmögliche Speicherdichte des Aufzeichnungsmittels zu nutzen und um eine mechanisch und elektrisch einfachere Bauweise der Geräte zu erreichen. Es ist bekannt (DE-AS 10 34 684), den Frequenzhubbereich eines modulierten Videosignals sehr nahe der höchsten noch durch ein Magnetband zu übertragenden Frequenz zu wählen und nur das untere Seitenband der frequenzmodulierten Information zu übertragen, da das obere Seitenband nicht mehr in den Übertragungsbereich des Magnetbandes fällt. Der Hubbereich des FM-Modulators wird dabei so gewählt, daß der dem Bildinhalt entsprechende Frequenzbereich zwischen Schwarz- und Weißwert des Videosignals einen Hubbereich des FM-Modulators aussteuert, der in seiner Frequenzlage nahe der höchsten Frequenz des aufzuzeichnenden Videosignalspektrums liegt.

Wird der Hubbereich des FM-Modulators nahe oberhalb der höchsten Frequenz des aufzuzeichnenden Videosignalspektrums gewählt, so ist ein größerer Übertragungsbereich vom Magnetband her erforderlich, wobei keine Gefahr besteht, daß durch Synchronisierungseffekte Störungen bei der Wiedergabe verursacht werden können.

Um bei bekannten Aufzeichnungs- und Wiedergabeanordnungen eine gute Wiedergabequalität der Videosignale zu erreichen, müssen die Band-Kopf-Geschwin-